Revisa Resolución

PREGUNTA 1 (Módulo Electivo)
Se tienen dos soluciones:
soluciones
1
2
masa soluto 8 g de etanol 8 g de etanol
masa solvente 1 kg de H2O 1 kg de CHCl3
Considerando que la densidad de la solución 1 es menor que la densidad de la
solución 2, es correcto afirmar que la concentración
A)
B)
C)
D)
E)
molar de la solución 1 es menor que la 2.
%m/m de la solución 2 es mayor que la 1.
molal de la solución 1 es mayor que la 2.
%m/v de la solución 2 es menor que la 1.
%v/v de la solución 1 es mayor que la 2.
COMENTARIO
Desde el punto de vista conceptual, es necesario tener claro que las soluciones
son mezclas homogéneas (presentan una sola fase), en donde se distinguen
dos componentes: el soluto y el solvente. El tamaño de sus partículas va desde
1 a 10 Å, si se toman muestras pequeñas de una solución su composición
permanece constante. En el siguiente esquema se muestra a nivel molecular, la
formación de una solución a partir de un soluto y solvente:
Soluto
Solvente
Solución
La máxima cantidad de un soluto que se disolverá en una cantidad determinada
de solvente, a una temperatura dada, para producir una solución se llama
solubilidad. La solución será saturada cuando se ha disuelto la máxima cantidad
de soluto en una determinada cantidad de solvente. Se llama solución
insaturada (no saturada) cuando la cantidad de soluto es menor que la máxima
que se puede disolver en una cantidad dada de solvente.
Para informar la composición de una solución, es decir, la cantidad o masa de
soluto presente en un volumen o masa de solvente o solución, se define la
concentración. Algunas formas de expresar la concentración son:
Concentración
Molar
Molal
% masa/masa
(%m/m)
% masa/volumen
(%m/v)
% volumen/volumen
(%v/v)
Definición
Cantidad en mol de soluto por 1 L de solución
Cantidad en mol de soluto por 1 kg de solvente
Masa en g de soluto en 100 g de solución
Masa en g de soluto en 100 mL de solución
Volumen en mL de soluto en 100 mL de solución
Por otra parte, debes recordar que la densidad es una propiedad intensiva, es
decir, no depende de la cantidad de materia sino del tipo de materia, y
químicamente se define como el cuociente entre la masa de una sustancia y su
volumen, a una temperatura dada. Esta se determina mediante la siguiente
relación:
(1)
Teniendo clara la definición de cada una de las expresiones de concentración y
el concepto de densidad, lo siguiente es analizar los datos proporcionados en el
enunciado:
soluciones
1
2
masa soluto 8 g de etanol 8 g de etanol
masa solvente 1 kg de H2O 1 kg de CHCl3
Además, se sabe que la densidad
solución 1
< densidad solución 2
Para responder esta pregunta, se sugiere como estrategia de resolución el
análisis de cada opción.
En la opción B), se afirma que el %m/m de la solución 2 es mayor que la 1. Al
observar la tabla, puedes verificar que ambas soluciones tienen la misma masa
de soluto, 8 g de etanol, disuelto en la misma masa de solvente. Al sumar las
masas de soluto y de solvente expresadas en las mismas unidades de medida
se obtiene la masa de la solución, que en este caso es igual para ambas
soluciones. Considerando que:
Entonces, el %m/m será el mismo para ambas soluciones, resultando esta
afirmación incorrecta.
En la opción C), se establece que la concentración molal de la solución 1 es
mayor que la 2. A partir de los datos, es posible observar que en ambas
soluciones está disuelta la misma masa de soluto, por lo que la cantidad de
soluto, en mol, también será la misma, calculado mediante la siguiente
expresión:
Si ambas soluciones tienen la misma cantidad, en mol, de soluto disuelto en la
misma masa de solvente, y esta concentración se determina mediante la
expresión:
Entonces, sus concentraciones molales ( ) serán las mismas, siendo la opción
C) incorrecta.
En la opción D), se afirma que el %m/v de la solución 2 es menor que la 1. El
volumen de la solución se obtiene despejándolo desde la expresión (1):
Considerando que ambas soluciones tienen la misma masa de soluto disuelta y
sabiendo que la solución 2 tiene mayor densidad, lo que implica que tiene un
menor volumen, entonces su %m/v será mayor que el de la solución 1. Esto
considerando que %m/v se obtiene de la siguiente relación:
En consecuencia, esta afirmación es incorrecta.
En la opción E), se señala que el %v/v de la solución 1 es mayor que la 2. Como
ya se mencionó anteriormente ambas soluciones tienen la misma masa de
soluto, por tanto, el volumen del soluto será igual para ambas soluciones. Por
otra parte, si bien las masas de ambas soluciones son iguales, al estar
constituidas por distintos solventes, las densidades de las dos soluciones son
diferentes, por lo que sus volúmenes también son distintos. Dado que la
solución 1 tiene menor densidad que la solución 2, su volumen será mayor, por
lo tanto, su concentración en %v/v será menor que en la solución 2, esto
considerando la siguiente relación para el cálculo del %v/v:
De acuerdo con lo anterior esta afirmación es incorrecta.
En la opción A), se establece que la concentración molar de la solución 1 es
menor que la 2. Ambas soluciones tienen disuelta la misma cantidad, en mol, de
soluto en la misma masa, en kg, de solvente. Si la solución 1 tiene menor
densidad, su volumen será mayor y por lo tanto su concentración molar será
menor, considerando que la concentración molar o molaridad (C) se calcula por:
De acuerdo al análisis anterior, la única opción correcta es la A).
FICHA DE REFERENCIA CURRICULAR
Eje Temático / Área Temática: Materia y sus transformaciones / Reacciones
químicas y estequiometría
Nivel: II Medio
Objetivo Fundamental: Reconocer diversos tipos de soluciones en estado
sólido, líquido y gaseoso, sus propiedades, aplicaciones tecnológicas y las
etapas necesarias para la preparación de soluciones a concentraciones
conocidas.
Contenido Mínimo Obligatorio: Aplicación de las etapas teóricas y empíricas
necesarias en la preparación de soluciones a concentraciones conocidas, por
ejemplo, el suero fisiológico, la penicilina, la povidona.
Habilidad Cognitiva: Análisis, síntesis y evaluación
Clave: A